DD143041A1

DD143041A1 - Schaltungsanordnung fuer einen kurzschlusssicheren ultraschallgenerator

Info

Publication number: DD143041A1
Application number: DD21239379A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Friedemann; Andreas Kopp
Original assignee: Siegfried Friedemann; Andreas Kopp
Priority date: 1979-04-21
Filing date: 1979-04-21
Publication date: 1980-07-30
Also published as: FR2454716A1; JPS55141894A; DE3008101A1; FR2454716B3

Description

Eitel der Erfindung

Schaltungsanordnung für einen kurzschlußsicheren Ultraschallgenerator

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen kurzschlußsicheren Ultraschallgenerator, der einen Ausgangstransformator besitzt und einen piezoelektrischen Ultraschal lwandler mit elektrischer Energie versorgt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, Geräte durch Überstromsicherungen gegen Beschädigungen durch Kurzschluß ströme zu sichern· Diese Über~ stromsicherungen CSchmelzsicherungen, elektronische Sicherungen, elektromagnetische Sicherungen u.a.) sprechen bei einer wesentlichen Überschreitung des betriebsmäßigen Stromes an« Sie können daher nur dann eingesetzt v/erden, wenn im Kurzschlußfall ein den normalen Betriebsstrom wesentlich überschreitender Kurzschlußstrom fließt«, Bei selbstschwingenden Ultraschallgeneratoren kann es durch einen ausgangsseitigen Kurzschluß zu Schwingungen kommen, deren frequenz sich wesentlich Von der im normalen Betriebszustand unterscheidet ο

212393

Dabei ist es nicht sicher, daß der Ausgangsstrom oder der aus der Betriebsspannungsquelle aufgenommene Strom größer ist als im normalen Betriebszustand·.Eine Überstromsicherung würde in diesem ]?all also nicht sicher ansprechen. Es ist jedoch erforderlich, einen langer andauernden Betrieb in . diesem Zustand zu vermeiden, da der Ultraschallgenerator in. diesem Zustand wegen des ausgangsseitigen Kurzschlusses keine elektrische Energie abgeben kann und es damit trotz der gegebenenfalls geringeren Leistungsaufnahme aus der Betriebsspannungsquelle zu Überlastungen bzw, Zerstörungen von Bauelementen des Ultraschallgenerators, kommen kann. Aus. den dargelegten Gründen folgt, daß bei selbst schwingenden Ultraschallgeneratoren Uberstromsicherungen nicht in jedem Fall einen ausreichenden Schutz gegen Beschädigungen gewährleisten·

Weiterhin ist es bekannt, zum Schutz von Endstufen gegen durch Verringerung des Lastwiderstandes oder Kurzschluß der Last hervorgerufene Beschädigungen eine aus dem Laststrom abgeleitete Spannung mit einer aus der Ausgangsspannung abgeleiteten Spannung zu vergleichen und die Ansteuerspannung der Endstufe zu verringern, wenn der Laststrom im Vergleich zur Ausgangs spannung zu groß wird. Derartige Anordnungen sind beispielsweise in der Patentschrift DD-WP 131 32.0 angegeben. Mir diese Lösung sind jedoch eine Reihe elektronischer Bauelemente erforderlich, die vor allem bei größeren Ausgangsleistungen nicht unerhebliche Kosten verursachen. Der Aufwand für eine derartige Lösung ist daher in Anwendungsfällen, bei denen- nicht mit einem häufigen Auftreten von Kurzschlüssen, gerechnet werden muß, oft nicht gerechtfertigt»

In der DE-OS 2600 890 wird vorgeschlagen, einen Ultraschallgenerator gegen durch Verringerung des Lastwiderstandes. oder Kurzschluß der Last hervorgerufene Beschädigungen zu schützen, indem mit Hilfe einer geeigneten Schaltungsanordnung bei abnehmenden Lastwiderstand die Betriebsspannung so verringert wird, daß keine Überlastungen auftreten·

Auch die Realisierung dieses Vorschlages erfordert einen erheblichen Aufwände

In. der Patentschrift DD-WP 80 756 wird eine Anordnung zum Abschalten einer Leitung beim Auftreten von Kurzschlüssen oder Nebenschlüssen beschrieben, bei der der Betriebsspannung eine Hochfrequenzspannung wesentlich höherer Frequenz überlagert ist, wobei durch geeignete Koppelglieder Betriebsspannung und Hochfrequenz spannung am Generator sowie an der Last getrennt werden und das Fließen eines zusätzlichen Hochfrequenzstromes als Fehlersignal dient« Diese ebenfalls sehr auf?<?endige Lösung schützt jedoch nicht bei einem Kurzschluß direkt an der Last*

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, eine Schaltungsanordnung für einen Ultraschallgenerator, der einen Ausgangstransformator besitzt und einen piezoelektrischen Ultraschallwandler mit elektrischer Energie versorgt, zu schaffen, bei deren Einsatz die vorbeschriebenen Nachteile vermieden werden, indem bei einem optimal verringerten Bauelementeaufwand Ausfälle der US-Generat or en und damit auch der zugehörigen Anlagen sicher verhindert werden.»

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen, einen piezoelektrischen Ultraschallv/andler versorgenden, einen Ausgangstransformator besitzenden Ultraschallgenerator zu schaffen, die eine Beschädigung des Ultraachallgenerators bei einem ausgangsseitigem Kurzschluß sicher verhindert, die nur einen geringen Bauelementeaufwand erfordert und mit deren Einsatz die normale Funktion des Ultraschallgenerators der genannten Art nicht nachteilig beeinflußt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit Hilfe einer Schaltungsanordnung für einen Ultraschallgenerator zur Versorgung eines piezoelektrischen Ultraschallwandlers gelöst, die einen

13 /S ^hHb 2

-4- 212393

Eingangs- und einen Ausgangs transformator aufweist, indem aer Ausgangswechselspannung des Ultraschallgenerators eine Gleichspannung überlagert wird· Dazu wird die Sekundärwicklung des Ausgangstransformators über eine Überstromsicherung und die Primärwicklung des Eingangstransformators an den Pluspol der Betriebsspannung gelegt. An die Verbindung zwischen der überstromsicherung und der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators wird zusätzlich die Kathode einer Diode gelegt, deren Anode gegen Masse geschaltet ist· Außerdem wird zur Primärwicklung des Eingangstransf ormators ein Widerstand parallel geschaltet· Die Schaltung ist dabei so ausgeführt, daß der zugehörige Gleichstromkreis im normalen Betriebszustand der Gesamtanlage offen bleibt und damit die normale Punktion des Generators in keiner Weise beeinträchtigt. Im Falle eines Kurzschlusses am Ultraschall-Wandler bzw. in der zugehörigen Zuleitung wird der Gleichstromkreis geschlossen und die Überstromsicherung spricht infolge des dabei entstehenden hohen Kurzschlußstromes an und schaltet den Ultraschallgenerator durch Unterbrechung seines Rückkopplungskreises ab. Zusätzlich wird die im Eingangstransformator und im Ausgangstransformator gespeicherte magnetische Energie durch den parallel geschalteten Widerstand bzw. durch die zugehörige Diode abgebaut, so daß induktive Spannungsspitzen, die durch das plötzliche Öffnen des Kurzschlußkreises entstehen können, mit Sicherheit vermieden werden»

Ausführungsbeispie1

Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird die Punktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung an Hand eines Stromlaufplanes gemäß Figur 1 näher erläutert© Der selbstschwingende Ultraschallgenerator G besteht aus folgenden Bauelementen:

Dem Eingangstransformator Tr1 mit der Primärwicklung W 11 und der in der Mitte angezapften Sekundärwicklung W. 12, den Transistoren T 1 und 12, deren Basisanschlüsse mit der

Sekundärwicklung W. 12 des Eingangstransformators TrI, deren Kollektoranschlüsse mit dem Pluspol einer Betriebsspannungsquelle U und deren Emitteranschlüsse mit der Primärwicklung W. 21 eines Ausgangs transformator Ir2. verbunden sind, dessen Sekundärwicklung W. 22 einerseits mit der Ausgangsklemme A de3 Ultraschallgenerators und andererseits über eine Überstromsicherung Si und die Primärwicklung W 11 des Eingangstransformator TrI mit dem Pluspol der Betriebsspannungsquelle U verbunden ist« Parallel zur Primärwicklung Yi 11 des Eingangs transformator TrI liegt ein Widerstand R. Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung W 12. des Eingangstransformators Tr1 ist mit der Kathode der Diode D 1 verbunden, deren Anode an Hasse liegt« Zwischen der Kathode der Diode D 1 und dem Pluspol der Betriebsspannungsquelle U liegt ein Widerstand. R2₄

Eine Diode D 2 ist kathodenseitig mit dem Verbindungspunkt der Überstromsicherung Si und der Sekundärwicklung \7. 22 des Ausgangstransformators Tr2 verbunden, während ihre Anode an Masse liegt«

Der Ultraschallgenerator G erhält als Betriebsspannung eine Gleichspannung von der Betriebsspannungsquelle U, seine Ausgangsklemme A ist über die Leitung L mit dem Ultraschallwandler S verbunden.

Im normalen Betriebsfall arbeitet die Schaltung wegen, der mit Hilfe des Eingangstransformators Tr1 erfolgenden Rückkopplung des durch den Ultraschallwandler S und die Sekundärwicklung W 22 des Ausgangstransformators Tr2 fließenden Laststromes auf die Basisanschlüsse der Transistoren T. 1 und Ί 2 als selhstschwingender Ultraschallgenerator im Gegentaktbetrieb. Der YZiderstand R 2 sorgt in Verbindung mit der Diode D 1 für den sum Anschwingen der Schaltung erforderlichen Ruhestrom* Da die Primärwicklung W 11 des Eingangstransformators Tr1 im Gegensatz au bisher gebräuchlichen Schaltungsanordnungen nicht mit Masse,, sondern mit dem Pluspol der Betriebsspannungsquelle U verbunden ist, wird über die Primärwicklung Vi 11 des Eingangstraneformators Tx1, die

Übers tromsi ehe rung Si, die Sekundärwicklung Wl 22 des Ausgangstransformators Tr2 und die Leistung L an den Ultrasehallwandler S eine der Betriebsspannung U entsprechende Gleichspannung gelegt_o Ein Gleichstrom wird durch diese Gleichspannung im normalen Betriebsfall nicht hervorgerufen, da der piezoelektrische Ultraschallwandler S einen solchen Gleichstrom nicht zuläßt·

Die Diode D 2 wird im normalen Betriebsfall durch die Betriebsspannung U gesperrt· Die Schaltungsanordnung ist dabei ßo konzipiert, daß die zum Erreichen der Kurzschlußsicherheitdienenden Maßnahmen, bestehend aus dem. Verbinden der Primärwicklung W ti des Eingangstransformators TrI mit dem Pluspol der Betriebsspannungsquelle U und dem Einfügen der Überstromsicherung Si sowie der Diode D 2, die !Punktion des · Ultraschallgenerators im normalen Betriebsfall nicht beeinflussen.

!ritt am Ultraschallwandler S oder an der Leitung L ein Kurzschluß auf, kann vom Pluspol der Betriebsspannungsquelle U über die Primärwicklung W 11 des Eingangs transf ormators Ir1, die Übers tr omsicherung Si, die. Sekundärwicklung W-22. des Ausgangs transf ormators Tr2- und die Leitung L ein Gleichstrom nach Masse fließen·

Da dieser Gleichstrom nur vom Innenwiderstand der Betriebsspannungsquelle U, dem V/iderstand der Überstromsicherung Si sowie den Widerständen der Transformatorwicklungen und der Leitungsverbindungen begrenzt wird, steigt er innerhalb kurzer Zeit auf Werte an, die zum schnellen Ansprechen der Überstromsicherung Si führen·

Nach dem Ansprechen der Überstromsicherung Si ist der Rückkopplungsweg zwischen der Primärwicklung I. 11 des Eingangstransformators Trt und der Sekundärwicklung YsT 22 des Ausgangstransformators Tr2. unterbrochen, so daß die Schwingungen des Generators aussetzen, am Ausgangstransformator Tr2 keine Ausgangswechselspannung mehr auftritt und die Stromaufnahme des Generators bis auf den durch den Widerstand R bestimmten Ruhestrom zurückgeht» .

Die im Eingangstransformator Ir t gespeicherte magnetische Energie wird mit Hilfe des Widerstandes Rl, die im Ausgangstransformator Tr Z. gespeicherte Energie mit Hilfe der Diode D 2 abgebaut, so daß im Ansprechmoment der Sicherung Si keine unzulässig hohen Induktionsspannungen entstehen können.

Das im Ausführungsbeispiel erläuterte Prinzip kann in vielfältigen Varianten angewandt werden»

So ist es beispielsweise möglich, die erfindungsgemäße Lösung auf andere Ultraschallgeneratorvarianten der genannten Art als die im Ausführungsbeispiel gezeigte anzuwenden,, Dabei ist zu. beachten, daß ein Außerbetriebsetzen de3 Ultraschallgenerators durch Unterbrechen des Rückkopplungsweges nur zulässig ist, wenn der Ultraschallgenerator in diesem Zustand keinen unzulässig hohen Strom aufnimmt.

Eine Anordnung für einen Ultraschallgenerator, bei welchem auch beim Betrieb mit pulsierender Gleichspannung ein Außerbetriebsetzen durch Unterbrechen der Rückkopplung zulässig ist, wird beispielsweise in der Patentschrift DD-WP 13o 837 vorgeschlagen.

Weiterhin ist es möglich, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Lösungsweges den Generator auch auf andere Weise als durch Unterbrechen der Rückkopplung außer Betrieb zu setzen, beispielsweise durch Unterbrechen der Betriebsspannungszuführung beim Auftreten eines Gleichstromes im Lastkreis. Als Vorteil der gemäß der Erfindung aufgebauten Anordnungen ist vor allem su werten, daß nur ein äußerst geringer Bauelementeaufwand benötigt wird, so daß die Erfindung auch in !'allen, angewandt v/erden kann, bei denen beispielsweise wegen der relativen Seltenheit von Kurzschlüssen eine Kursschlußsicherung mit höherem Aufwand nicht gerechtfertigt wäre« Dieser Vorteil beruht zu einem erheblichen Teil darauf, daß auf gesonderte Bauelemente zur Trennung und zur Zusammenführung der Ausgangswechselspannung und der überlagerten Gleichspannung verzichtet werden kann, da erfindungsgemäß die Gleichstromdurchlässigkeit der Transformatorwicklungen

-β- 21239 3

und die Gleichstromundurchlässigkeit des piezoelektrischen Ultrasehallwandlers zu diesem Zweck ausgenutzt wird

Weiterhin läßt sich eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung leicht so gestalten, daß eine parallel zur Überstromsicherung geschaltete Signalisierungseinrichtung durch. die nach dem Ansprechen der Überstromsicherung anliegende Gleichspannung erregt wird und den Kurzschlußfall anzeigt.

Claims

Erfindungs anspruch

Schaltungsanordnung für einen kurzschlußsicheren Ultraschallgenerator, der zur Versorgung eines, piezoelektrischen Ultra's ehallwandlers dient und der einen Eingangstransformator CiCr 1), einen Äusgangstransformator (Tr 2), sowie zwei in Gegentakt geschaltete Transistoren CE 1) und CT 2) aufweist, gekennzeichnet, dadurch, daß der Ausgangswechselspannung des Ultraschallgenerators eine Gleichspannung überlagert wird, indem die Sekundärwicklung (W. 22) des Ausgangstransformator CTr 2) über eine Überstromsicherung (Si) und die Primärwicklung (W. 11). des Eingangs transformator (Tr 1) an den Pluspol der Betriebsspannung (U) gelegt wird, wobei an die Verbindung zwischen der Überstromsicherung und der Sekundärwicklung (W 22) des Ausgangstransformators CTr 2) die Kathode einer Diode (D 2) gelegt wird, deren Anode gegen Masse geschaltet ist und wobei vielter die Primärwicklung (Y/. 11). des Eingangstransformators (Tr 1) durch einen Widerstand (R 1) überbrückt wird, so daß im Pail eines Kurzschlusses des Ultraschallwandlers (S) bzw« seiner Zuleitungen und dem damit verbundenen Schließen des Gleichstromkreises die Überstromsicherung infolge des dabei entstehenden hohen Kurzschlußstromes anspricht und den Ultraschallgenerator durch Unterbrechung des Rückkopplungskreises ausschaltet und gleichzeitig die im Ausgangstrans format or CTr 2) gespeicherte magnetische Energie durch den Widerstand (R 1) und die entsprechende Energie im Ausgangstransformator (Tr 2) durch die Diode (D 2) so abgebaut wird, daß induktive Spannungsspitzen, die durch das plötzliche Öffnen des Kurzschlußkreises entstehen können, mit Sicherheit vermieden werden.

Hierzu 1 Seite Zeichnunnen

UUk. "rö ! 1') ^bH; o2D χ